JP6233087B2

JP6233087B2 - 照明装置

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Publication number: JP6233087B2
Application number: JP2014030947A
Authority: JP
Inventors: 正義三浦
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2034-02-20
Also published as: JP2015156313A

Description

本発明は、照明装置に係り、特に、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）などの発光素子を光源に用いた照明装置に関する。

近年、半導体発光素子の一種であるＬＥＤの高出力化や低コスト化に伴い、電球の代替として使用可能な口金型のＬＥＤランプが普及している。この種のＬＥＤランプとして、例えば、平板状のＬＥＤ基板の表面に実装された複数のＬＥＤを光源として使用したランプが知られている。

このようなＬＥＤランプとして、所定の配光を制御するために、従来、レンズ本体の少なくとも外周側の内側面に形成されてこの内側面に入射された光を投光面側に全反射させる全反射面を有する円環状レンズと、この円環状レンズの環状溝に光学的に対向配置されてこの環状溝の周方向に所要の間隔を置いて配置された複数の発光ダイオード装置と、を備えるようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−００９９２６号公報

しかしながら、前記特許文献１の技術においては、レンズ本体によりすべてのＬＥＤを覆うようにしているので、ＬＥＤの光量が低減してしまい、しかも、ランプ全体として重量が重くなってしまうという問題を有している。特に、高天井用のＬＥＤランプにおいては、ＬＥＤの光量が低いと床まで十分に光を照射することができなくなり、しかも、重量が重いと危険であるという問題を有している。

本発明は、前記した点に鑑みてなされたものであり、発光素子から照射された光の直下照度を高くすることができるとともに、レンズ部材などの取付け作業効率を高めることのできる照明装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、基板に同心円状に複数列の発光素子を実装し、前記発光素子の最外周列を除く少なくとも１列部分に、前記各発光素子に対応するレンズを備えたレンズ部材を設け、前記発光素子は、同心円状に３列以上配列されており、前記レンズ部材は、最内周と最外周以外の１列の前記発光素子部分に設けられ、前記レンズは、前記ＬＥＤの外周側から放射された光を前記ＬＥＤの光軸方向に反射させる全反射面を備えていることを特徴とする。

また、本発明は、前記照明装置において、前記レンズは、前記発光素子の光軸方向と垂直な方向に放射された光を前記発光素子の光軸方向に反射させる全反射面を備えていることを特徴とする。

また、本発明は、前記照明装置において、前記レンズ部材は、前記基板を載置する基板支持プレートに前記基板とともにねじ止め固定されていることを特徴とする。

また、本発明は、前記照明装置において、前記発光素子は、ＬＥＤであることを特徴とする。

本発明によれば、同心円状に複数列に配列された発光素子の最外周列を除く少なくとも１列部分に、各発光素子に対応するレンズを備えたレンズ部材を設けるようにしているので、発光素子から照射された光を発光素子の光軸方向に配光制御することができ、これにより、照明装置の直下照度を高くすることができる。また、各発光素子に対応するようにレンズを配置するようにしているので、光の利用効率を著しく高めることができる。
さらに、複数列の発光素子のうち、少なくとも１列分にレンズ部材を設けるようにしているので、従来のように、ＬＥＤの全体にレンズを設ける場合に比較して、ＬＥＤランプの重量を低減させることができ、ＬＥＤランプを高所に設置した場合でも、十分に安全を確保することができる。

本発明に係る照明装置の実施形態を示す分解斜視図である。本発明に係る照明装置の実施形態を示す平面図である。本発明に係る照明装置の実施形態を示す正面図である。本発明に係る照明装置の実施形態を示す上面側からみた斜視図である。本発明に係る照明装置の実施形態を示す底面側からみた斜視図である。本発明に係る照明装置の実施形態を示す縦断面図である。本発明に係る照明装置の実施形態におけるＬＥＤ基板および基板支持プレート部分を示す平面図である。本発明に係るランプの実施形態におけるレンズ部材を取り付けたＬＥＤ基板および基板支持プレート部分を示す平面図である。本発明に係る照明装置の実施形態を示すレンズ部材の平面図である。本発明に係る照明装置の実施形態を示すレンズ部材の底面図である。本発明に係る照明装置の実施形態を示す簡略化した縦断面図である。本発明に係る照明装置の実施形態を示す図８のＡ−Ａ線における断面図である。本発明に係る照明装置の実施形態を示す図８のＢ−Ｂ線における断面図である。本発明に係る照明装置の実施形態におけるＬＥＤおよびレンズ部材の一部を示す拡大断面図である。本発明に係る照明装置の実施形態を示すレンズ部材を取り付けた場合における照射光度の測定結果を示すグラフである。本発明に係る照明装置の実施形態を示すレンズ部材を取り付ない場合における照射光度の測定結果を示すグラフである。

以下、本発明に係る照明装置の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
なお、以下の実施形態では、発光素子を光源に備える照明装置として、発光素子としてのＬＥＤ１０を光源に備えたＬＥＤランプ１１を例示するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、有機ＥＬ等の他の発光素子を光源に備えるランプにも適用可能である。

図１は、本実施形態に係るＬＥＤランプ１１の分解斜視図である。図２は、本実施形態に係るＬＥＤランプ１１の平面図、図３は、本実施形態に係るＬＥＤランプ１１の正面図である。図４は、本実施形態に係るＬＥＤランプ１１の上面側からみた斜視図、図５は、本実施形態に係るＬＥＤランプ１１の底面側からみた斜視図である。図６は、本実施形態に係るＬＥＤランプ１１の縦断面図である。図７は、本実施形態に係るＬＥＤランプ１１のＬＥＤ基板２１および基板支持プレート２２部分を示す平面図、図８は、本実施形態に係るランプのレンズ部材を取り付けたＬＥＤ基板２１および基板支持プレート２２部分を示す平面図である。

図１から図８に示すように、ＬＥＤランプ１１は、上面の発光部２３と、この発光部２３に直交して下方に向かって延びる筒状部２４と、筒状部２４の終端に設けられた口金２５と、発光部２３の裏面に設けられた複数の放熱フィン２６と、筒状部２４において口金２５に隣接して設けられる緩み防止部材２７とを備えている。

発光部２３は、その上面全体から図３の上方に向けて光を放射するものであり、図１から図３に示すように、上面視で略円形状に形成されたグローブ３１を備えている。

詳細には、発光部２３は、図１から図６に示すように、光源である複数のＬＥＤ１０と、これらのＬＥＤ１０を実装したＬＥＤ基板２１と、ＬＥＤ基板２１を保持する基板支持プレート２２と、グローブ３１とを備えている。グローブ３１は、ＬＥＤ基板２１を覆うカバーであり、ＬＥＤ１０の光はグローブ３１を透過して外側に照射される。

基板支持プレート２２は、筒状部２４よりも径が大きな略円形状に形成されており、ＬＥＤ基板２１が表面に載置される円板状の基板載置部３２と、筒状部２４が接続される筒状部接続部３３と、放熱フィン２６とを一体に備えている。基板支持プレート２２は、高い放熱性を有する金属により形成され、本実施形態においては、アルミ合金をダイカスト法によって鋳造して形成されている。また、基板支持プレート２２は、例えば、マグネシウム合金を鋳造して形成するようにしてもよい。

基板載置部３２の表面は、ＬＥＤ基板２１が載置される平坦な載置面とされている。基板載置部３２の径方向の中間部には、ねじ穴部３５（図１参照）が周方向に略等間隔をあけて複数設けられており、ねじ穴部３５には、ＬＥＤ基板２１を基板載置部３２に固定するねじ３６が締結される。

基板載置部３２の外縁部には、ＬＥＤ基板２１よりも大径な円環状の溝４１が全周に亘って形成されている。溝４１には、例えば、シリコン等の弾性材料により構成される防水部材４２が嵌め込まれている。基板支持プレート２２は、基板載置部３２の外周部から径方向外側に延びる板状のカバー固定部４３を複数備えており、カバー固定部４３には、グローブ３１が固定されるボス部４４が形成されている。

グローブ３１の外周には、溝４１を上方から覆う外周フランジ部４５が形成されており、外周フランジ部４５のカバー固定部４３に対応した位置には、さらに径方向外側に延びる固定部４６が形成されている。グローブ３１は、固定部４６に挿通されてボス部４４に締結されるねじ４７を介してカバー固定部４３に固定される。この状態では、防水部材４２は外周フランジ部４５に圧潰されている。

基板支持プレート２２の筒状部接続部３３は、基板載置部３２の表面の中央部を口金２５側に凹ませるようにして形成されており、筒状部接続部３３の底部には、筒状部２４の始端が接続されている。

基板支持プレート２２の基板載置部３２の裏面には、薄板状の放熱フィン２６が略直角に立設されており、この放熱フィン２６は、筒状部２４の軸線を中心にして複数枚が筒状部接続部３３の周囲に周方向に略等間隔をあけて略放射状に配列されている。放熱フィン２６の内側端と筒状部接続部３３の外周面との間には、隙間５１が設けられており、隙間５１を設けることで、筒状部接続部３３の周囲に空気を流通させることができるように構成されている。

筒状部２４の終端には、口金２５が冠着されており、筒状部２４は、絶縁性を有する、例えば、ポリカーボネイト等の樹脂材料を用いて形成されている。これにより、筒状部２４と口金２５との絶縁が図られている。この構成によれば、筒状部２４を樹脂材料で成形することで、筒状部２４の軽量化を図ることができる。なお、筒状部２４は、熱伝導性を有する金属で形成した部材と、絶縁性を有する材料から形成された部材とをインサート成型により形成する構成であっても良い。

筒状部２４は、口金２５側に向けて先細るテーパー状に形成されており、筒状部２４と口金２５との間には、断面略円形状の回転防止部材取付部５２が設けられている。筒状部２４の内部には、電気回路基板５５（図６参照）が、基板ホルダー５６に保持されて収容されている。電気回路基板５５は、口金２５側の端部で図示しないリード線を通じて口金２５と電気的に接続されている。基板ホルダー５６は、図６に示すように、電気回路基板５５を挟持した状態で、筒状部２４内に挿入されて固定されている。口金２５は、既設の照明器具のソケットに螺合するねじ山が切られた筒状のシェル５７と、このシェル５７の頂部に絶縁部を介して設けられたアイレット５８とを備え、シェル５７およびアイレット５７が既存のソケットに装着可能な形状寸法に構成されている。

また、口金２５の基部には、緩み防止部材２７が取付けられており、ＬＥＤランプ１１の口金２５を図示しないソケット螺入させる際に、緩み防止部材２７がソケットの周縁部に当接して変形し、この変形により、緩み防止部材２７の反発力が発生することで、ＬＥＤランプ１１の締結が緩んでしまうことを防止できるものである。

次に、ＬＥＤ１０の周辺構成について、図７から図１４を参照して説明する。
図９は、本実施形態に係るランプのレンズ部材の平面図、図１０は、本実施形態に係るランプのレンズ部材の底面図である。図１１は、本実施形態に係るランプの簡略化した縦断面図、図１２は、本実施形態に係るランプの図８のＡ−Ａ線における断面図である。図１３は、本実施形態に係るランプの図８のＢ−Ｂ線における断面図、図１４は、本実施形態に係るランプのＬＥＤ１０およびレンズ部材の一部を示す拡大断面図である。

ＬＥＤ１０は、例えば、図示しないが、ＬＥＤ素子と、このＬＥＤ素子から照射される光を配向するレンズ部とを備えたＬＥＤパッケージとして構成されており、本実施形態では、ＬＥＤ１０として、白色ＬＥＤが用いられている。なお、ＬＥＤ１０に白色以外の他の発光色のＬＥＤ１０を用いても良いことは勿論である。

図７および図８に示すように、ＬＥＤ基板２１は、円板状に形成されており、ＬＥＤ基板２１は、熱伝導性の高い、例えばアルミニウム材等の金属材料で構成されている。このため、ＬＥＤ１０の発熱を効率良く基板支持プレート２２の基板載置部３２に伝熱でき、放熱フィン２６から効果的に放熱させることができる。

ＬＥＤ１０は、ＬＥＤ基板２１の表面である実装面の外周部に同心円状に４列に並べて実装されている。そして、本実施形態においては、内側から２列目のＬＥＤ１０には、レンズ部材６１が取付けられており、レンズ部材６１は、各ＬＥＤ１０に対応する複数のレンズ６２を環状に配列して一体化して構成されている。

このレンズ部材６１のレンズ６２は、ＬＥＤ１０の光軸方向に拡開した形状を有しており、レンズ６２は、図１４に示すように、各ＬＥＤ１０の外周側に対向してＬＥＤ１０から放射される光が入射する入射面６６と、入射面から入射した光を全反射する全反射面６５と、全反射面６５により反射された光をＬＥＤ１０の光軸方向に放射する出射面６７とを備えている。そして、ＬＥＤ１０から照射され入射面６６に入射した光は、レンズ６２の内部を通り、全反射面６５により全反射され、出射面からＬＥＤの光軸方向に出射される。これにより、ＬＥＤ１０から照射された光をＬＥＤ１０の光軸方向に配光制御することができるように構成されている。

また、レンズ部材６１には、周方向に所定間隔をもってレンズ固定部６８が形成されており、このレンズ固定部６８に形成されたねじ穴６８を介してＬＥＤ基板２１とともに基板載置部３２の表面に、ねじ３６によりねじ止めすることにより、レンズ部材６１をＬＥＤ基板２１とともに、基板載置部３２の表面に固定するように構成されている。

ここで、本実施形態においては、内側から２列目のＬＥＤ１０には、レンズ部材６１が取付けられている。レンズ部材６１を取付けると、ＬＥＤ１０から照射される光の光量が低減してしまう。そのため、全ての列のＬＥＤ１０にレンズ部材６１を取付けることは好ましくない。また、最外周列のＬＥＤ１０にレンズ部材６１を取付けると、最外周列のＬＥＤ１０の近傍には、グローブ３１の周辺が位置することになるので、ＬＥＤ１０から照射した光をレンズ部材６１により配光制御したとしても、影ができやすくなってしまう。また、最外周列のＬＥＤ１０にレンズ部材６１を取付けると、基板載置部３２の外周部分に重量が加わってしまい、たわみが生じやすくなってしまう。そのため、最外周列のＬＥＤ１０にレンズ部材６１を取付けることも好ましくない。

また、最内周列のＬＥＤ１０にレンズ部材６１を取付けると、最内周列のＬＥＤ１０は、それよりも外周列のＬＥＤ１０に比較して数が少なくなるので、配光制御の効果を十分に得ることができなくなってしまう。そのため、最内周列のＬＥＤ１０にレンズ部材６１を取付けることも好ましくない。ただし、最内周列のＬＥＤ１０の数をある程度確保することができるのであれば、最内周列のＬＥＤ１０にレンズ部材６１を取付けることも可能である。

また、本実施形態においては、同心円状に４列のＬＥＤ１０を配列した場合の例について説明しているが、例えば、ＬＥＤ１０を３列に配列した場合には、中央の列のＬＥＤ１０にレンズ部材６１を取付けることが好ましい。しかし、ＬＥＤ１０の配置状態によっては、最内周のＬＥＤ１０にレンズ部材６１を取付けるようにしてもよい。さらに、ＬＥＤ１０を５列以上配列した場合には、複数の列のＬＥＤ１０にレンズ部材６１を取付けるようにしてもよい。

次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態においては、ＬＥＤ１０を点灯させＬＥＤ１０から光が照射されると、ＬＥＤ１０から全反射面６５に照射された光は、全反射面６５により全反射されてＬＥＤ１０の光軸方向に照射されるとともに、ＬＥＤ１０から入射面６６に入射した光は、レンズ６２の内部を通り、全反射面６５からＬＥＤ１０の光軸方向に照射される。このようにレンズ６２の全反射面６５および入射面６６により、ＬＥＤ１０から照射された光をＬＥＤ１０の光軸方向に配光制御することができるものであり、そのため、ＬＥＤランプ１１の直下照度を高くすることができる。

また、レンズ６２を設置したことにより、ＬＥＤ１０から照射する光が、ＬＥＤ１０自体ではなく、ＬＥＤ１０とレンズ６２とを含む領域全体で光っているように見えるため、ＬＥＤ１０単体から直接光を照射する場合に比較して、グレアを低減することができるものである。

本実施形態に係るＬＥＤランプ１１と、レンズ部材６１を設けていないＬＥＤランプ１１との光の照射光度を測定した結果を、図１５および図１６に示す。図１５は、本実施形態に係るＬＥＤランプ１１のレンズ部材６１を取り付けた場合における照射光度の測定結果を示すグラフ、図１６は、本実施形態に係るＬＥＤランプ１１のレンズ部材６１を取り付けない場合における照射光度の測定結果を示すグラフである。

図１５および図１６に示すように、レンズ部材６１を設けていないＬＥＤランプ１１の光の照射光度が５２５ｃｄ／１０００ｌｍ程度であるのに対して、本実施形態におけるＬＥＤランプ１１の光の照射光度は、６００ｃｄ／１０００ｌｍ程度であり、本実施形態のＬＥＤランプ１１の照射光度がより高くなっていることがわかる。

以上説明したように、本実施形態によれば、複数列に配置されたＬＥＤ１０のうち、内側から２列目のＬＥＤ１０部分に、レンズ部材６１を取付け、このレンズ部材６１により、ＬＥＤ１０の配光制御を行うようにしているので、ＬＥＤ１０から照射された光をＬＥＤ１０の光軸方向に配光制御することができ、これにより、ＬＥＤランプ１１の直下照度を高くすることができる。また、各ＬＥＤ１０ごとに全反射面６５を有するレンズ６２を配置するようにしているので、光の利用効率を著しく高めることができる。

また、本実施形態においては、一体的に形成されたレンズ部材６１のレンズ固定部６８に形成されたねじ穴６９を介してＬＥＤ基板２１とともに基板載置部３２の表面に、ねじ３６によりねじ止めすることにより、レンズ部材６１をＬＥＤ基板２１とともに、基板載置部３２の表面に固定するようにしているので、レンズ部材６１およびＬＥＤ基板２１の取付け作業を容易に行うことができ、作業効率を高めることができる。また、同心円状に配置されたＬＥＤの内側から２列目のＬＥＤ１０部分にレンズ部材６１を取付けるようにしているので、各列におけるＬＥＤ１０の熱バランスを均一化することができる。

さらに、複数列のＬＥＤ１０のうち、１列分のＬＥＤ１０部分にのみレンズ部材６１を設けるようにしているので、従来のように、ＬＥＤ１０の全体にレンズ６２を設ける場合に比較して、ＬＥＤランプ１１の重量を低減させることができ、ＬＥＤランプ１１を高所に設置した場合でも、十分に安全を確保することができる。

なお、前記実施形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。

１０ＬＥＤ
１１ＬＥＤランプ
２１ＬＥＤ基板
２２基板支持プレート
２３発光部
２４筒状部
２５口金
２６放熱フィン
２７緩み防止部材
３１グローブ
３２基板載置部
３３筒状部接続部
３５ねじ穴部
３６ねじ
４１溝
４２防水部材
４３カバー固定部
４４ボス部
４５外周フランジ部
５５電気回路基板
５６基板ホルダー
６１レンズ部材
６２レンズ
６５全反射面
６６入射面
６７出射面
６８レンズ固定部

Claims

基板に同心円状に複数列の発光素子を実装し、前記発光素子の最外周列を除く少なくとも１列部分に、前記各発光素子に対応するレンズを備えたレンズ部材を設け、
前記発光素子は、同心円状に３列以上配列されており、前記レンズ部材は、最内周と最外周以外の１列の前記発光素子部分に設けられ、
前記レンズは、前記ＬＥＤの外周側から放射された光を前記ＬＥＤの光軸方向に反射させる全反射面を備えていることを特徴とする照明装置。
前記レンズ部材は、環状に一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記発光素子は、同心円状に４列に配列されており、前記レンズ部材は、内側から２列目の前記発光素子部分に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
前記レンズ部材は、前記基板を載置する基板支持プレートに前記基板とともにねじ止め固定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の照明装置。
前記発光素子は、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。